李钟瑞 戴明珠

摘 要：中国目前的VoLTE业务已经能够为基础网络用户提供可靠的通信支持，但在对网络传输有着特殊要求的高铁场景下，VoLTE业务的服务质量与基础网络相比仍有较大差距。为进一步提高高铁场景下的VoLTE语音服务质量，分析了高铁场景下影响VoLTE语音质量MOS值的主要因素，提出优化VoLTE语音质量的思路。通过实验分析了各关键参数分别对高铁场景下VoLTE语音质量的影响，提出一种改进的参数修改方案，并证明了使用修改后的参数能够获得更好的语音质量。

关键词：VoLTE;MOS;高铁;关键参数;语音质量

DOI：10. 11907/rjdk. 181658

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）001-0152-05

Abstract：China's current VoLTE service has been able to provide reliable communication support for users in large networks. However，the service quality of VoLTE services in the HSR scene with special requirements for network transmission is still quite different from that of the big network.This article analyzed the main factors which affect VoLTE voice quality MOS value in HSR scene to further improve the voice service quality of VoLTE in HSR（High Speed Rail） scenarios， proposing the idea of optimizing voice quality of VoLTE. It studied and analyzed key parameters of VoLTE wireless optimization， analyzed effects of different key parameters on VoLTE voice quality in HSR scenarios through experiments， and proposed an improved modification scheme of key parameters，which proved that using the modified key parameters can get better voice quality.

0 引言

隨着中国电信LTE网络的不断建设与完善，目前中国电信4G网络已实现了全面覆盖，之后中国电信将继续推出VoLTE（Voice over LTE）语音解决方案，语音和数据网络将同时承载在4G网络之上[1-5]。虽然当前的VoLTE业务已经能够为基础网络用户提供更短的接通等待时间、更高的语音质量、更自然的语音效果，但在具有移动速度快、穿透损耗大、切换频次高等特点的高铁场景下，VoLTE业务的服务质量与基础网络相比仍有一定差距[6-8]。因此，诸多学者针对该问题进行了研究，如马向晨、焦燕鸿等[9-10]在高铁场景下获得的MOS值大于3.0的占比仅为73%，明显低于基础网络要求的85%[11];李宗璋、牛海涛等[12]对京沪高铁山东段VoLTE进行优化后，测试获得的MOS值大于3.0的平均占比约为81%;龙青良、刘光海等[13]针对高铁场景下的切换频繁、RRC重建等问题进行针对性优化，将MOS值大于3.0的占比提高到90%。

高铁移动通信逐步成为各运营商品牌展示及提升高端客户黏合度最有力的竞争领域，即当前4G网络下不仅需要提供高速率的数据业务，还需提供高质量的音视频通话[14-16]。为保障LTE无线网在高铁环境下正常承载VoLTE基础业务的能力，急需对高铁场景下的VoLTE业务影响因素进行分析，针对VoLTE业务进行关键参数的规范设定，有针对性地对能够提升业务质量的参数进行修改，夯实电信网络的VoLTE功能。

本文重点对高铁场景下的VoLTE相关参数进行分析与优化，通过VoLTE实验网测试数据证明了改进的相关参数可获得更好的语音质量。

1 高铁VoLTE质量评估标准

1.1 高铁VoLTE语音业务MOS值

MOS（Mean Opinion Score）值，即平均意见值，是衡量通信系统语音质量的重要指标[17]。MOS值的取值范围为[0，5]，值为0表示信号质量最差，值为5表示信号质量最优，一般认为MOS值大于3的系统具有较好的语音质量。MOS值的直接影响因素包括端到端时延、抖动、丢包等。VoLTE端到端时延可分解为：UE语音编解码时延、空口传输时延、核心网处理时延、传输网传输时延。丢包与抖动的影响因素包括：空口信号质量、eNB负载、传输网丢包与抖动。所以影响MOS值的主要因素包括：语音编码、覆盖、干扰、切换、邻区、基站负荷、基站故障、传输、核心网及测试终端等[18-20]。

1.2 VoLTE语音MOS采样机制

VoLTE语音MOS采样机制如下：①主叫起呼，进行录音（8s左右）;②被叫放音，主叫收音，被叫记录第1个MOS采样点（8s）;③主叫放音，被叫收音，主叫记录第1个MOS采样点（8s）;④被叫放音，主叫收音，被叫记录第2个MOS采样点（8s，与第1个采样点间隔16s）;⑤主叫放音，被叫收音，主叫记录第2个MOS采样点（8s，与第1个采样点间隔16s）;⑥被叫放音，主叫收音，被叫记录第3个MOS采样点（8s），如此类推。

1.3 MOS值优化思路

在分析MOS问题时，首先要考虑基站是否正常工作，其次考虑测试是否规范，以及测试设备是否正常，然后判断是否为无线问题造成的，最后才考虑是否由核心网及传输网引起的[21]。  因此，在分析MOS问题时，应按以下步骤进行MOS优化：

（1）基站问题：指问题路段中心经纬度150m以内的基站及主瓣65°范围的小区，若存在基站负荷过大、业务告警、通信中断等问题，必将影响MOS值。处理方法为：在测试前确保基站正常工作。

（2）测试规范/测试设备：包括MOS设备调试造成的MOS设备性能差、音频线松动、终端异常等。处理方法为：在测试前确保MOS设备正常工作，事先调试好MOS值，插紧音频线并进行终端检查等。

（3）无线问题：主要包括弱覆盖（RSRP<-100dBm，SINR<0）、质差（RSRP>-100dBm，SINR<0）、频繁切换等。引起弱覆盖的原因包括：周边缺站点（需重新规划）、已规划站点但未建设、周边基站故障、室分泄露、邻区漏配、切换参数不当等。质差包括弱覆盖质差与强覆盖质差，前者优先处理弱覆盖，后者通常是由MOD3干扰、GPS失步引起的干扰及外部干扰引起的。频繁切换通常是由于网络结构不合理、天馈接反、切换参数设置不当造成的[22]。

本文主要分析高铁的VoLTE语音质量提升方法，因高铁负荷较轻，排除基站故障与测试设备故障相对容易，因此本文重点从无线网络优化角度进行分析。

2 VoLTE关键参数

由于VoLTE无线优化涉及的参数较多，这里只对本文使用的6个关键参数进行介绍。

（1）PA。没有导频的OFDM Symbol（A类符号）数据子载波功率与导频子载波功率的比值。

（2）PB。只有导频的OFDM Symbol（B类符号）数据子载波功率与导频子载波功率的比值。PB的取值对信道估计与PDSCH解调性能有一定影响，合适的PB取值可以改善边缘用户速率，提高小区覆盖性能。

（3）PUCCH标称P0值。在UE 接入或切换入新小区之初，功率控制算法所需的各个测量量可能尚未准备好，这时根据为小区配置的标称功率设置PUCCH发射功率，以保证小区边缘用户成功接入小区。该值的大小决定了上行覆盖的干扰情况，通过减小该值可降低对邻区的干扰，提高小区覆盖性能。

（4）同频切换次数。同频切换是移动通信系统中的常见现象，频繁的同频切换对网络存在较大影响，如切换次数增加导致信令上报量增大，进而增加终端与基站负荷，以及降低下载速率、增加网络时延、降低语音感知等。

（5）SR传输周期。LTE上行调度流程为：终端发起SR（调度请求），基站根据SR为其预分配资源并告知终端;如果终端发送BRS（状态缓存报告），基站收到后为其分配资源，并通过PDCCH调度进行告知，终端根据调度信息发送数据，然后进行HARQ流程，直到基站收到完整数据包。整个过程需要的时间被称为RTT（回环时间），也即传输时延时间，而BRS等处理基站则是由周期时间控制的，若BSR缓存状态报告周期参数设置不当，会影响上行调度效率，增加调度时延，从而在一定程度上影响MOS评分。

（6）语音业务通话期上行补偿调度最小间隔。该参数主要针对用户的SR周期进行概率性补偿，以减少SR漏检导致的语音上行丢包。该参数大小会影响触发上行补偿调度的概率。

3 高铁场景下VoLTE关键参数实验

为验证在上述6个单一参数情况下的语音质量提升效果，以便根据当前场景自适应设定各参数，从而更有效地提升LTE网络下的语音质量，为后续优化作出指导。在本小节优化实验中，从各维度对不同参数进行针对性地修改，并完成相应的语音质量测试实验，具体实验及结果如下：

3.1 功率参数设置

LTE网络覆盖质量是影响语音感知的決定性因素，在专项优化期间可为高铁线路覆盖质量奠定基础。本次验证通过修改功控参数与PA/PB等参数，在保障基站输出功率最大化的同时，改善边缘用户速率，提高区域覆盖性能。其中共有4组配比情况可以使功率利用率最大化，分别是：PA=0，PB=0;PA=-3，PB=1;PA=-4.77，PB=2;PA=-6，PB=3。

为验证不同PA/PB配置情况对网络质量的影响效果，对上述4种配比进行相关指标验证测试，测试结果如表1所示。

对表1中的结果分析发现：在PA=0，PB=0时，下载速率最高，但覆盖稍差，适用于业务需求量大的场景;在PA=-3，PB=1时，兼顾覆盖及业务，可保障较多用户接入以及感知，适用于郊区场景;在PA=-4.77，PB=2时，覆盖率与-3/1持平，但下行速率降低了10%，不建议使用;在PA=-6，PB=3时，可最大程度保障覆盖，但下行速率降低了近50%，适用于农村乡镇中业务需求不大，但需要广泛覆盖的场景。

根据上述测试结论，针对某高铁场景客流集中、业务容量大等特性，将参数PA与PB均配置为0时，能够获得最优性能。将PA=-3、PB=1时的测试结果作为优化前结果，将PA=0、PB=0时的测试结果作为优化后结果，其优化前后MOS值分布对比如图1所示。从图中可以看出，优化后测得的MOS值分布在区间[4，5）的比例相比优化前提高了约12%。

表2为优化PA/PB参数后网络质量的测试结果对比，从表中可以看出，将参数PA、PB均配置为0后，语音感知各项指标得到一定提升，其中呼叫建立时延较修改前提升了0.2s，平均MOS值提升了0.09，MOS值在3以上的占比提升了约3%。整体覆盖强度略有降低，但整体语音质量得到了提升，与分析效果一致。

3.2 PUCCH标称P0值

LTE网络的上行覆盖质量是影响语音感知的决定性因素，本次验证对PUCCH标称P0值（eNodeB所期望的PUCCH发射功率水平）参数进行了调整。

在UE 接入或切换入新小区之初，功率控制算法所需的各测量量可能尚未准备好，这时根据为小区配置的标称功率設置PUCCH发射功率，以保证小区边缘用户成功接入小区。该值的大小决定了上行覆盖的干扰情况，因此通过减小该值，可降低对邻区的干扰，提高小区覆盖性能。其参数修改如表3所示。

3.3 同频切换偏置参数

本次验证对同频切换偏置参数进行调整。小区间同频切换的主要原因之一为切换事件触发过易，根据A3事件切换触发条件Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off。为增大A3事件触发难度、减小同频切换概率，需增大同频切换偏置参数，其参数修改如表5所示。

将同频切换偏置值为2时的测试结果作为优化前结果，同频切换偏置值为4时的测试结果作为优化后结果，其优化前后MOS值分布对比如图3所示。从图中可以看出，优化后测得的MOS值分布在区间[4，5）的比例比优化前降低了约2%，但在区间[3，3.5）和[3.5，4）的比例比优化前分别提高了1.62%与5.25%。

3.4 SRI周期参数

表8为修改SRI周期参数值前后得到的网络质量测试结果对比，可以看出，在该单项参数验证测试中，语音感知各项指标均有较大提升。其中呼叫建立时延较修改前提升了0.22s，平均MOS值提升了0.14，MOS值在3以上的占比提升了约9%。

3.5 语音业务通话期上行补偿调度最小间隔

从表12中测试结果可看出，使用各参数原始值完成的测试中，呼叫建立时延为1.96s，测试VoLTE平均MOS质量值为3.91，高铁测试段整体MOS值大于3.0的占比为90.47%，MOS值大于3.5的占比为83.67%，占比较低。相应使用各参数优化值完成的测试中，呼叫建立时延为1.86s，测试VoLTE平均MOS质量值为3.93，高铁测试段整体MOS值大于3.0的占比为93.35%，MOS值大于3.5的占比为85.75%。

通过对表8中原始值与优化值测试结果对比可以发现，使用各参数优化值获得的语音感知各项指标有了一定提升，其中呼叫建立时延较修改前提升了0.1s，平均MOS值提升了0.02，MOS值在3.0以上的占比提升了约3%。

5 高铁场景VoLTE参数研究总结

上述参数优化实验测试结果表明，在高铁场景下针对VoLTE语音质量指标MOS值的影响因素，从覆盖、干扰、切换及传输时延等维度进行相关参数修改，对整体VoLTE语音质量的提升具有一定效果。使用本文提出的优化后参数，获得的高铁测试段整体MOS值大于3.0的占比为93.35%，比优化前的测试结果提高了约3%。

综上所述，在高铁场景下针对不同网络环境，可进行如下优化提升：

（1）在网络覆盖质量较好的环境下，通过修改PA/PB值，在保证整体覆盖质量的同时，提升网络性能和语音质量。

（2）在用户相对较少的网络环境下，可通过修改SR传输周期参数，缩短用户接入时延，从而提升语音质量。

（3）在用户相对较多的网络环境下，一般不用修改SR传输周期参数，而是通过修改“语音业务通话期上行补偿调度最小间隔”参数，增大上行补偿调度概率以及修改“PUCCH标称P0值”参数，减少对上行覆盖的干扰，从而改善语音质量。

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（责任编辑：黄 健）